管內(nèi)流體流動的阻力課件

講授

姜華化工基礎(chǔ)AnIntroductiontoChemicalIndustryandEngineering13.4管內(nèi)流體流動的阻力教學目的：重點：課型：教學方法：參考文獻：難點：了解流體流動時產(chǎn)生阻力的原因，掌握流動阻力的計算，并應(yīng)用于實際管路中阻力的計算。流體在圓管內(nèi)流動時阻力的計算新知識理論課講解、談話、應(yīng)用訓練[5]、[6]利用因次分析法解決工程實際問題2實際流體的Bernoulli方程:流體流動的阻力與流體的性質(zhì)(如粘度等)、流體流動形態(tài)、導(dǎo)管的長度、管徑、壁面情況以及流動時的變動狀態(tài)（如縮小、擴張等）有關(guān)。阻力∑hf直管阻力(沿程阻力)——由于內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生的能量損失局部阻力截面驟然變化流動方向改變流經(jīng)管件、儀表等——由于局部障礙引起邊界層分離而造成能量損失?3一、管、管件及閥門簡介管:管子鑄鐵管（水管、煤氣管、污水管）鋼管（有縫、無縫）特殊鋼管有色金屬管塑料管橡膠管管子光滑管（玻璃管、銅管、鉛管、塑料管等）粗糙管（舊鋼管、鑄鐵管）管壁的相對粗糙度4管件：彎管大小頭沖壓彎管與管的連接部分，它主要是用來改變管道方向、連接支管、改變管徑及堵塞管道等。5管件承插管件法蘭法蘭封頭6湍流(turbulentflow):流體在流動時，流體的質(zhì)點有劇烈的騷擾渦動，只是靠近管壁處還保留滯流的形態(tài)。接近管中央相當大范圍內(nèi)的流體流速接近于最大流速。管內(nèi)流體的平均流速為管中央最大流速的0.8左右。圖1-22湍流時的速度分布9流動形態(tài)的判據(jù)

——雷諾數(shù)（Reynold’snumber）雷諾數(shù)：滯流湍流過渡狀態(tài)滯流轉(zhuǎn)變的臨界值相應(yīng)的流速稱為臨界流速NOTE：工業(yè)上輸送流體時大多數(shù)是以湍流形態(tài)進行的。10當量直徑

(equivalentdiameter)對于非圓形導(dǎo)管，計算Re時，應(yīng)以當量直徑de代替特征數(shù)中的直徑d：例：直徑d1的外套管與直徑d2的內(nèi)套管所形成的環(huán)行通道的當量直徑為：11三邊界層（boundarylayer）邊界層：流體的流速低于未受壁面影響的流速的99%的區(qū)域。主流區(qū)：在邊界層以外，速度梯度接近為零的區(qū)域。邊界層邊界層邊界層邊界層主流區(qū)主流區(qū)滯流湍流12圖1-25湍流流動NOTE：滯流內(nèi)層的厚度雖然不大，但粘附在壁面，成為傳熱和傳質(zhì)的主要阻力；Re值越小，滯流內(nèi)層厚度越大，傳遞過程的阻力隨之增大。13邊界層的形成從管口到形成邊界層所經(jīng)歷的管長稱為穩(wěn)定段長度，此長度與管的形狀、管壁粗糙程度及雷諾數(shù)等因素有關(guān)。14邊界層分離B流體流經(jīng)管件、閥門、管束或異形壁面時，也會發(fā)生邊界層分離。NOTE：邊界層分離會導(dǎo)致流體流動阻力的增大。

1516阻力∑hf直管阻力(沿程阻力)hf局部阻力hl

四流體在圓管內(nèi)流動時的阻力計算17◆

滯流時的摩擦阻力——主要是流體的內(nèi)摩擦力服從牛頓粘性定律：1直管阻力的計算18◆湍流時的流動阻力l/d——幾何相似數(shù)；——摩擦阻力系數(shù)，是Re，/d的函數(shù)。Fanning公式管壁的相對粗糙度:

——管的粗糙度，mm19查表：摩擦阻力系數(shù)20摩擦阻力系數(shù)經(jīng)驗公式計算：對光滑管：柏拉相修斯（Blasius）公式柯納柯夫（KypnaKOB）公式粗糙管：接近一常數(shù),其值主要取決于管壁的粗糙度。尼庫拉則(Nokuradse)公式用沿程阻力系數(shù)表示阻力計算公式:柯爾本(Colburn)公式212局部阻力當流體在管道系統(tǒng)中流經(jīng)各種管件、閥門、接頭、改變方向，導(dǎo)管截面積驟然變化時，流體質(zhì)點發(fā)生擾動而形成渦流，產(chǎn)生摩擦阻力，這類阻力稱為局部阻力。局部阻力的計算：②當量長度法:將局部阻力的壓頭損失折算成相應(yīng)長度的管子所造成的壓頭損失，再并入總管長度來計算。此相應(yīng)的管子長度稱為當量長度le。局部阻力①阻力系數(shù)法:22管

件

與

閥

門

的

當

量

長

度

共

線

圖。23例:料液由敞口高位槽流入精餾塔中。塔內(nèi)操作壓力為0.4kgf/cm2(表壓)，輸送管路為φ108×4mm的鋼管，直管長為(h+1.5)m。管路中裝有180o回彎頭、90o標準彎頭、截止閥各一個。若維持進料量為50m3/h，問高位槽中的液面至少高出進料口多少米？料液的粘度為1.510-3Pa.s，密度為900kg.m-3，24復(fù)雜管路的計算分支管路：主管處有分支，但最終不再匯合的管路。分支管路120主管中的質(zhì)量流量等于并聯(lián)的各支管質(zhì)量流量之和:

qm=qm1+qm2各分支管路流動終了時，總機械能與該管路中總摩擦阻力之和為常數(shù)。25并聯(lián)管路：在主管某處分為幾支，然后又匯合成一主管路。主管中的質(zhì)量流量等于并聯(lián)的各支管質(zhì)量流量之和，qm=qm1+qm2+qm3123單位質(zhì)量流體通過各支管的能量損失均相等，Hf1=Hf2=Hf3=HfAB并聯(lián)管路復(fù)雜管路的計算AB26例題例2-18高位水槽引出內(nèi)徑40mm的出水管至B處，此管道連同局部阻力管長為100m。在B出分出內(nèi)徑均為25mm的、水平平行的C和D兩管，C管連同局部阻力管長為20m，D管為40m。管內(nèi)水流動的阻力系數(shù)可取0.03。求(1)C管單獨全開時的流量；(2)C管和D管都全開時各